一种湍流壁面函数求解方法、装置、可读介质及电子设备制造方法及图纸

本申请公开了一种湍流壁面函数求解方法、装置、可读介质及电子设备，所述方法采用壁面函数公式获得壁面切应力以及无量纲y+和无量纲u+，壁面函数公式为Splading函数。Splading函数求解湍流模型的效率高，且鲁棒性强，能够满足对湍流壁面函数的需求。满足对湍流壁面函数的需求。满足对湍流壁面函数的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种湍流壁面函数求解方法、装置、可读介质及电子设备


[0001]本申请属于CFD湍流壁面函数模型技术的研究领域，特别涉及一种湍流壁面函数求解方法、湍流壁面函数求解装置、可读介质及电子设备。

技术介绍

[0002]湍流是不规则、多尺度、有结构的流动，一般是三维、非定常的，具有很强的扩散性和耗散性。从物理结构上看，湍流是由各种不同尺度的带有旋转结构的涡叠合而成的流动，这些涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的。利用湍流模型模拟湍流的受力、速度以及换热量等，有利于人们对湍流的分析。目前，湍流模型的求解方法的求解效率低，鲁棒性低，无法满足湍流壁面函数的需求。
[0003]针对上述问题，本申请提出一种湍流壁面函数模型求解方法及湍流壁面函数求解装置。

技术实现思路

[0004]为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种湍流壁面函数求解方法，所述采用壁面函数公式获得壁面切应力以及无量纲y
+
和无量纲u
+
，壁面函数公式为Splading函数。Splading函数求解湍流模型的效率高，且鲁棒性强，能够满足对湍流壁面函数的需求。
[0005]本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：第一方面，本申请提出一种湍流壁面函数求解方法，所述方法包括：采用壁面函数公式获得壁面切应力以及无量纲y
+
和无量纲u
+
；其中，无量纲y
+
为与壁面间的无量纲垂向距离，无量纲u
+
为无量纲切向速度；壁面函数公式为Splading函数；Splading函数为；其中常数κ为0.41，B为5.5，e为自然对数函数的底数。
[0006]进一步地，无量纲y
+
和无量纲u
+
分别为：，其中，下标w表示壁面量，ρ
w
、τ
w
、μ
w
分别为密度，剪切应力和粘性系数；u
T
为壁面切向速度，u
τ
壁面摩擦速度，y为网格的物面距离。
[0007]进一步地，将无量纲y
+
和无量纲u
+
带入公式求解壁面摩擦速度u
τ
时，采用牛顿迭代法求解：，由此得到无量纲y
+
和无量纲u
+
，进而可以得到壁面切应力τ
w
。
[0008]进一步地，采用牛顿迭代法求解Spalding壁面函数模型时，考虑到其对壁面摩擦速度u
τ
的初值敏感，故需要存储u
τ
。对于流场发展的中间步，可以将上一时间步骤求得的u
τ
作为此时间步的初值。
[0009]进一步地，当采用两层壁面函数模型时，可以根据壁面切向速度以及壁面基本流场量显式得到壁面摩擦速度u
τ
，故对于流场的初始时间步，可以通过两层壁面函数模型显式得到u
τ
作为初始的u
τ0
。
[0010]进一步地，根据两层壁面函数模型，由粘性底层的线性规律：，得到满足底层规律的u
τ
‑
lam
：；而当流动在对数律区，则，同样可显式得到u
τ
‑
pow
：；其中C=1/7，A=8.3；通过u
τ
即可得到无量纲y
+
：。
[0011]进一步地，所述方法包括：首先流场初始化时，壁面摩擦速度为u
τ0
；若由u
τ
‑
lam
得到的无量纲y
+
小于5，则满足线性规律，直接根据u
τ
‑
lam
得到壁面量；若由u
τ
‑
pow
得到的无量纲y
+
大于600，则根据u
τ
‑
pow
得到壁面量；若落在二者之间，先判断u
τ
是否等于u
τ0
，若等于再判断u
τ
‑
lam
得到的无量纲y
+
是否小于11.8，满足则u
τ0
为u
τ
‑
lam
进行赋初值牛顿迭代，不满足则u
τ0
为u
τ
‑
pow
进行赋初值牛顿迭代求解Spalding公式的u
τ
；若不等于u
τ0
，则为中间迭代求解过程，使用网格单元已存的上一时间步求得的u
τ
作为初值进行牛顿迭代求解。
[0012]第二方面，本申请提供一种湍流壁面函数求解装置，所述装置包括：获取模块，用于获取壁面函数公式；计算模块，用于壁面函数公式获得壁面切应力以及无量纲y
+
和u
+
。
[0013]可选地，所述计算模块，用于：无量纲y
+
和无量纲u
+
分别为：，其中，下标w表示壁面量，ρ
w
、τ
w
、μ
w
分别为密度，剪切应力和粘性系数；u
T
为壁面切向速度，u
τ
为壁面摩擦速度，y为网格的物面距离。
[0014]可选地，所述计算模块，用于：将无量纲定义带入公式求解壁面摩擦速度u
τ
时，采用牛顿迭代法求解：，由此得到无量纲y
+
和无量纲u
+
，进而可以得到壁面切应力τ
w
。
[0015]可选地，所述计算模块，用于：采用牛顿迭代法求解Spalding壁面函数模型时，考虑到其对壁面摩擦速度u
τ
的初值敏感，故需要存储u
τ
。对于流场发展的中间步，可以将上一时间步求得的u
τ
作为此时间步的初值。
[0016]可选地，所述计算模块，用于：对于流场的初始时间步，可以通过两层壁面函数模型显式得到u
τ
作为初始的u
τ0
。
[0017]可选地，所述计算模块，用于：根据两层壁面函数模型，由粘性底层的线性规律：，得到满足底层规律的u
τ
‑
lam
：；而当流动在对数律区，则，同样可显式得到u
τ
‑
pow
：；通过u
τ
即可得到无量纲y
+
：。
[0018]可选地，所述计算模块，用于：所述方法包括：首先流场初始化时，壁面摩擦速度为u
τ0
；若由u
τ
‑
lam
得到的无量纲y
+
小于5，则满足线性规律，直接根据u
τ
‑
lam
得到壁面量；若由u
τ
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湍流壁面函数求解方法，其特征在于，所述方法包括：采用壁面函数公式获得壁面切应力以及无量纲y
+
和无量纲u
+
；其中，无量纲y
+
为与壁面间的无量纲垂向距离，无量纲u
+
为无量纲切向速度；壁面函数公式为Splading函数；Splading函数为 ；其中常数κ为0.41，B为5.5，e为自然对数函数的底数。2.如权利要求1所述的湍流壁面函数求解方法，其特征在于，无量纲y
+
和无量纲u
+
分别为：，其中，下标w表示壁面量，ρ
w
、τ
w
、μ
w
分别为密度，剪切应力和粘性系数；u
T
为壁面切向速度，u
τ
为壁面摩擦速度，y为网格的物面距离。3.如权利要求2所述的湍流壁面函数求解方法，其特征在于，将无量纲定义带入公式求解壁面摩擦速度u
τ
时，采用牛顿迭代法求解：，由此得到无量纲y
+
和无量纲u
+
，进而可以得到壁面切应力τ
w
。4.如权利要求3所述的湍流壁面函数求解方法，其特征在于，采用牛顿迭代法求解Spalding壁面函数模型时，需要存储u
τ
，对于流场发展的中间步，可以将上一时间步骤求得的u
τ
作为此时间步的初值。5.如权利要求4所述的湍流壁面函数求解方法，其特征在于，当采用两层壁面函数模型时，可以根据壁面切向速度以及壁面基本流场量显式得到壁面摩擦速度u
τ
，故对于流场的初始时间步，可以通过两层壁面函数模型显式得到u
τ
作为初始的u
τ0
。6.如权利要求5所述的湍流壁面函数求解方法，其特征在于，流场初始化时，根据两层壁面函数模型，由粘性底层的线性规律：，得到满足底层规律的u
τ
‑
lam
：；而当流动在对数律区，则，同样可显式得到u
τ
‑
pow
：；其中C=1/7，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕林，袁先旭，罗灿炎，杜昊，孟爽，李雪亮，陈浩，唐志共，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：